KR20090010059A - 이동 가능한 물체의 이동들을 검출하기 위한 검출 회로 - Google Patents

Abstract

조이스틱들과 같은 이동 가능한 물체들(2)의 이동들을 검출하기 위한 검출 회로로서, 광 스팟들(3)의 유/무를 검출하기 위한 제 1 검출 유닛들(101)을 포함하는, 제 1 방향으로의 조이스틱들의 제 1 이동들을 검출하기 위한 제 1 디텍터들(100)이 제공되며, 여기서 광 스팟들(3)의 위치들은 상기 제 1 이동들에 의존하고, 또한, 광 스팟들(3)의 제 1/제 2 세기들을 검출하기 위한 제 2 검출 유닛들(201)을 포함하는, 제 2 디텍터들(200)이 제공되고, 광 스팟들의 세기들은 상기 제 2 이동들에 의존하게 된다. 이러한 검출 회로들(1)은 조립동안 컴포넌트들의 오정렬에 덜 민감하며 제조하기에 더 간단하며 비용이 더 적게 든다. 제 2 디텍터들(200)은 전체가 조이스틱들의 위치들과는 독립적으로 광 스팟(3) 내에 위치되며 제 1 및 제 3 디텍터들은 조이스틱들의 위치에 의존하여 광 스팟(3) 내에 부분적으로 위치하게 된다. 검출 유닛들(101)은 광 다이오드들(120) 및 광 다이오드들(120)로부터의 시그널들을 디지털화하기 위한 트랜지스터들(121)을 포함한다.

Description

이동 가능한 물체의 이동들을 검출하기 위한 검출 회로{DETECTION CIRCUIT FOR DETECTING MOVEMENTS OF A MOVABLE OBJECT}

본 발명은 이동 가능한 물체의 이동들을 검출하기 위한 검출 회로에 관련한 것이며, 또한 검출 구성, 디바이스 그리고 방법에 관련한 것이다.

이러한 이동 가능한 물체의 예들은 조이스틱들과 다기능 키들(keys)이며, 이러한 디바이스의 예들은, 휴대폰, 퍼스널 컴퓨터, 피.디.에이. 및 원격 제어기와 같은 소비자 제품들 및 비-소비자 제품들을 포함하며, 이 이상의 예들도 배제되지 않는다.

종래 기술의 검출 구성은 미국 특허 번호 6,326,948로부터 알려지며, 이는 슬라이드 표면을 가진 베이스, 슬라이드 표면 상에서 슬라이드 가능한 이동 가능한 몸체, 발광을 위한 광 방출 소자, 이동 가능한 몸체를 위해서 제공되며 광 방출 소자로부터 방출되는 광을 반사시키기 위한 반사 표면을 가진 반사 부분, 그리고 반사 부분에 의해서 반사된 광을 수용하기 위한 다수의 광 수용 소자를 포함하는 입력 디바이스를 개시한다.

종래 기술의 검출 구성에서, 수평 이동들은 다수의 광 수용 소자들에 의해서 받아진 광의 양들을 비교함에 의해서 검출된다. 수직 이동들을 검출하기 위해서, 다이어프램이 이동 가능한 몸체와 광 수용 소자 사이에, 광 수용 소자들 상의 광 스팟의 크기가 이동 가능한 몸체가 눌려질 때 증가하게, 위치된다. 따라서, 수직 이동들은 다수의 광 수용 소자들에 의해서 수용된 광의 전체 양을 검출함에 의해서 검출된다.

알려진 광 구성는, 무엇보다도, 구성이 다이어프램이 수직 이동들을 검출할 수 있는 것을 요구한다는 점에서 유리하지 못하다. 이러한 다이어프램은 조립동안의 컴포넌트들의 오정렬에 민감하며 제조를 보다 복잡하고 보다 비용이 많이 들게 만든다.

무엇보다도, 본 발명의 목적은, 그 이동 가능한 물체와 그 디텍터들 사이에 다이어프램을 요구하지 않는 검출 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 무엇보다, 다이어프램을 요구하지 않는 검출 구성, 디바이스 그리고 방법을 제공하는 것이다.

이동 가능한 물체의 이동들을 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출 회로는

- 검출 회로의 평면에서 제 1 방향으로의 이동 가능한 물체의 제 1 이동을 검출하기 위한 제 1 디텍터로서, 상기 제 1 디텍터는 제 1 검출 유닛의 위치에서의 광 스팟의 유무를 검출하기 위한 제 1 검출 유닛을 포함하며, 여기서 광 스팟의 위치는 상기 제 1 이동에 의존하는, 제 1 디텍터와,

검출 회로의 평면에 수직인 제 2 방향으로의 이동 가능한 물체의 제 2 이동을 검출하기 위한 제 2 디텍터로서, 광 스팟의 세기는 상기 제 2 이동에 의존하며, 상기 제 2 디텍터는 제 2 검출 유닛의 한 위치에서 광 스팟의 제 1 세기 또는 제 2 세기를 검출하기 위한 제 2 검출 유닛을 포함하며, 제 1 및 제 2 세기들은 0이 아닌 상이한 세기들인, 제 2 디텍터를 포함한다.

제 1 위치에서 광 스팟의 유무를 검출함에 의해서, 예를 들어 이동 가능한 물체의 수평 이동이 검출될 수 있다. 제 2 위치에서 광 스팟의 세기를 검출함에 의해서, 예를 들어 이동 가능한 물체의 수직 이동이 검출될 수 있으며, 다이어프램을 사용하는 것이 더 이상 필요하지 않게 된다.

본 발명에 따른 검출 회로는, 무엇보다도, 조립동안의 컴포넌트들의 오정렬에 덜 민감하며 제조하기에 보다 단순하며 비용이 더 적게 든다는 점에서 보다 이점적이다.

본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드는

- 검출 회로의 평면에서 제 3 방향으로의 이동 가능한 물체의 제 3 이동을 검출하기 위한 제 3 디텍터로서, 상기 제 3 디텍터는 제 3 검출 유닛의 한 위치에서의 광 스팟의 유무를 검출하기 위한 제 3 검출 유닛을 포함하며, 광 스팟의 위치는 상기 제 3 이동에 의존하고, 제 1 및 제 3 방향은 비-평행 방향들인, 제 3 디텍터를 더 포함함에 의해서 한정된다.

각기 제 1 및 제2 및 제 3 방향들은 검출 회로의 평면이 수평 평면인 경우 예를 들어 (x) 및 (y) 및 (z) 방향들이며, 추가 선택사항들을 배제하지 않는다.

본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드는 제 1 검출 유닛들을 더 포함하는 제 1 디텍터와 제 3 검출 유닛을 더 포함하는 제 3 디텍터에 의해서 한정되며, 제 1 검출 유닛들은 제 1 방향에 평행하게 정렬되고 제 3 검출 유닛들은 제 3 방향에 평행하게 정렬된다. 다수의 제 1 검출 유닛들과 다수의 제 3 검출 유닛들은 제 1 및 제 3 방향들로의 이동들이 보다 정확하게 검출되는 것을 허용한다. 다수의 제 1 및 제 3 검출 유닛들은 예를 들어 십자의 라인들이며(lines of a cross), 제 2 검출 유닛은 교차지점 또는 교차지점 근처에 위치되거나, 또는 다수의 제 2 검출 유닛들은, 그 십자의 라인 또는 라인들에서 또는 그 십자의 라인들의 근처에서, 교차 지점에 근처에 위치된다.

본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드는 이동 가능한 물체의 위치와 독립적으로 광 스팟 내에 전체가 위치되는 제 2 디텍터와, 이동 가능한 물체의 위치에 의존하여 광 스팟 내에 부분적으로 위치되는 제 1 및 제 3 디텍터들에 의해서 한정된다. 광 스팟의 크기는 바람직하게 제 2 디텍터의 모든 제 2 검출 유닛들이 이동 가능한 물체의 위치와는 독립적으로 이 광 스팟 내에 위치되게 그리고 또 바람직하게 제 2 디텍터들의 모든 제 2 검출 유닛들이 이동 가능한 물체의 위치에 의존하여 이 광 스팟 내에 부분적으로 그리고 이 광 스팟 밖에 부분적으로 위치되게 위치된다. 이동 가능한 물체의 위치는 검출 회로에서 광 스팟의 위치를 결정한다.

본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드는,

- 광 시그널을 생성하기 위한 소스로서, 이동 가능한 물체는 광 시그널을 검출 회로로 반사시키기 위한 반사기를 포함하며, 광 스팟은 반사된 광 시그널로부터 야기되는, 광 시그널을 생성하기 위한 소스를 더 포함함에 의해서 한정된다.

검출 회로에 광 방출 소스 또는 적외선 광 방출 열 소스와 같은 소스를 위치시킴에 의해서, 그리고 이동 가능한 물체에 반사기를 제공함에 의해서, 소스를 이동 가능한 물체 안으로 비-이점적으로 위치시키는 것이 더 이상 필요하지 않게 된다.

본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드는 제 1 광 소자 시그널을 생성하기 위한 제 1 광 소자를 포함하는 제 1 검출 유닛으로서, 상기 제 1 광 소자는 제 1 광 소자 시그널을 디지털화하기 위한 제 1 트랜지스터에 연결되는, 제 1 검출 유닛과, 제 2 광 소자 시그널을 생성하기 위한 제 2 광 소자를 포함하는 제 2 검출 유닛으로서, 상기 제 2 광 소자는 제 2 광 소자 시그널을 디지털화하기 위한 제 2 트랜지스터에 연결되는, 제 2 검출 유닛에 의해서 한정된다. 광 다이오드들 또는 광 트랜지스터들과 같은, 광 소자들 바로 뒤에서 즉시 광 소자 시그널들을 디지털화함에 의해서, 복잡하고 비싼 아날로그-디지털 컨버터들 및 증폭기들을 피하게 된다.

본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드는 박막 폴리 실리콘 테크닉 및 단 결정 실리콘 기재 테크닉 및 발광 다이오드 테크닉 및 유기 발광 다이오드 테크닉의 적어도 하나의 테크닉에 근거한 집적(integrated) 검출 회로인 검출 회로에 의해서 한정된다. 이러한 집적 회로는, 하나의 강력한 회로를 형성하기 위해, 광 소자들, 트랜지스터들 및 소스를 유리하게 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 검출 구성은 본 발명에 따른 검출 회로를 포함하며 이동 가능한 물체를 더 포함한다.

본 발명에 따른 검출 구성의 실시모드는 다이어프램-없는 구성인 검출 구성에 의해서 한정된다. 이러한 다이어프램은 단지 단점들을 제공할 뿐이다.

본 발명에 따른 검출 구성의 실시모드는 기울게 된 이동 가능한 물체로부터 결과하는 검출 회로의 평면에서 제 1 방향으로의 이동 가능한 물체의 제 1 이동과, 이동 가능한 물체가 눌리는 것으로부터 결과하는 검출 회로의 평면과 수직인 제 2 방향으로의 이동 가능한 물체의 제 2 이동에 의해서 한정된다. 기움 및 누르는 것은 사용자-친화적 이동들이다.

본 발명에 따른 디바이스는 본 발명에 따른 검출 회로를 포함하며 이동 가능한 물체를 포함하는 인간-기계-인터페이스를 더 포함한다.

본 발명에 따른 디바이스의 실시모드는 디스플레이를 더 포함하는 인간-기계-인터페이스에 의해서 한정되며, 상기 디스플레이는 검출 회로를 포함하는 일체화 디스플레이이다. 이런 식으로, 이동 가능한 물체는 예를 들어 디스플레이의 부분을 형성하며 별도로 만들어질 필요가 없으며, 이는 제조를 보다 쉽고 덜 비용이 들게 만들어 준다. 이동 가능한 물체는 예를 들어 일체화 디스플레이의 디스플레이 영역의 마진에 위치될 수 있다.

본 발명에 따른 검출 구성과 본 발명에 따른 디바이스와 본 발명에 따른 방법의 실시모드들은 본 발명에 따른 검출 회로의 실시모드들과 상응한다.

본 발명은, 무엇보다, 다이어프램이 한 종류의 디텍터가 두 개의 상이한 종류의 이동들을 검출해야만 하는 경우 사용된다는 통찰에 근거하며, 무엇보다도, 상이한 종류의 디텍터들이 상이한 종류의 이동들을 검출하기 위해 사용된다는 기본적인 아이디어에 근거한다.

본 발명은, 무엇보다, 이동 가능한 물체와 그 디텍터들 사이에 다이어프램을 요구하지 않는 검출 회로를 제공해야하는 문제를 해결한다. 본 발명에 따른 검출 회로는, 무엇보다도, 조립동안 컴포넌트들의 오정렬에 덜 민감하며 제조하기에 보다 단순하며, 보다 덜 비용이 든다는 점에서 보다 이점적이다.

본 발명의 이들 및 다른 양상들은 이 명세서 이후에 기술되는 실시모드들로부터 나타나며 이들을 참조로 하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 검출 구성의 개략적 단면도.

도 2는 검출 회로의 단면도 및 이동하지 않은 이동 가능한 물체(왼편) 및 이동된 이동 가능한 물체(오른 편)에 대한 상면도.

도 3은 본 발명에 따른 검출 회로의 디텍터 레이아웃의 상면도.

도 4는 본 발명에 따른 검출 회로에 대한 보다 상세한 디텍터 레이아웃의 상면도.

도 5는 본 발명에 따른 검출 회로의 광 다이오드들 및 트랜지스터들의 도면.

도 6은 본 발명에 따른 검출 회로에 대한 보다 상세한 디텍터 레이아웃의 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 제 1 집적 검출 회로의 단면도.

도 8은 본 발명에 따른 제 2 집적 검출 회로의 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 제 3 집적 검출 회로의 단면도.

도 10은 본 발명에 따른 디바이스의 도면.

도 11은 본 발명에 따른 대안적 검출 구성의 도면.

도 12는 도 11의 대안적 검출 구성을 구비한 디바이스의 도면.

단면으로 도 1에 도시된 본 발명에 따른 검출 구성(10)은 본 발명에 따른 검출 회로(1)를 포함한다. 예를 들어 ASIC 다이(die)와 같은 검출 회로(1)는 예를 들어 광 다이오드들과 같은 디텍터들(100, 200, 300)과, 예를 들어 어떠한 종류의 LED와 같은 광 소스와 같은 소스(4)를 포함하며 패키지(6)에 위치된다. 스프링(8)은 패키지(6)에 부착되며, 이동 가능한 물체(2)는 스프링(8)에 연결된다. 이동 가능한 물체(2)는 반사기(5)와 가상 회전 점(7)을 포함한다. 패키지(6)의 땜납 볼들(9)은 패키지(6)가 예를 들어 도 10에 도시된 디바이스(20)에 연결되는 것을 허용한다. 더 나아가, (x) 및 (y) 및 (z) 방향들이 도 1에 도시된다.

이동되지 않은 이동 가능한 물체(왼편) 및 이동된 이동 가능한 물체(오른 편)에 대한 단면도와 상면도로 도 2에 도시된 검출 회로(1)는, 검출 회로(1)의 기본 원리를 설명하기 위해, 디텍터들(D1 내지 D4) 그리고 소스(S) 및 반사기(5)의 다른 면에서 소스(S)의 이미지(11)를 단면으로 도시한다. 상면도들에서, 4개의 디텍터들(D1 내지 D4)이 소스(S)를 둘러싸는 것이 도시된다. 디텍터들(D1 및 D2)로부터의 시그널들은 (y) 방향 시그널을 얻기 위해 서로로부터 차동 회로를 통해 빼지며(subtracted) 디텍터들(D3 및 D4)로부터의 시그널들은 (x) 방향 시그널을 얻기 위해 서로로부터 차동 회로를 통해 빼진다.

조이스틱들과 같은 이동 가능한 물체(2)가 이동되지 않은 위치 또는 정기 위치(왼편)에 있을 때, 반사기(5)는 기재에 평행하며, 소스(S)로부터 방출된 광은 반사기(5)에 의해서 반사되며 광 스팟(3)을 다시 기재 상에 던지게 된다. 다시 말해, 반사기(5) 뒤의 소스(S)의 이미지(11)는 반사기의 아웃라인에 의해서 생성된 개구부를 통해 광 원뿔(light cone)로 빛나게 된다. 반사기(5)의 크기, 소스(S)와 반사기(5) 사이의 거리 및 디텍터들(D1 내지 D4)의 디멘전은, 광 스팟(3)이 디텍터들 영역의 약 절반을 커버하게 선택될 수 있다. 시스템의 대칭 때문에, 반사된 광 스팟(3)은 디텍터들(D1 내지 D4) 상의 중심에 놓인다. 다른 말로, 모든 디텍터들(D1 내지 D4)은 광에 동등하게 노출되며 따라서 (X) 및 (Y) 방향들에서 출력 시그널들은 0이 된다.

조이스틱이 반사기(5)의 중간 또는 위에서 가상 피봇 주위에서 오른 쪽으로 약간 기울 때, 이미지(11)는 원 또는 곡선을 따라 새로운 위치로 이동된다. 따라서 광 원뿔도 기울어지며 결과적으로 광 스팟(3)이 왼쪽으로 이동되고 약간 연장하게(elongated) 된다. 이제 대칭이 깨지게 된다: (D3)가 (D4) 보다 더 많은 광을 받게 되며, 한편 (D1 및 D2)는 여전히 동등하게 빛나게 된다. 출력(X) 상에서, (X) 방향에서 조이스틱의 기움 각에 비례하는 비-제로 시그널이 검출된다; 한편 출력(Y) 상에서의 시그널은 0으로 남아있다. 비슷하게, 어떤 방향(X 및 Y)으로의 기움은 모든 4개의 디텍터들(D1 내지 D4)에 의해서 검출될 수 있다. 디텍터들(D1 내지 D4)을 연결시키는 언급된 방법은 단지 예시일 뿐이다. 4개의 디텍터들(D1 내지 D4)로부터 (X 및 Y) 시그널들을 추출하는 상이한 방법들이 존재한다.

또 다른 구현에서, 조이스틱의 특정 방향으로의 기움, 따라서, (X 및 Y) 시그널들이 그 방향으로 이동하는 디스플레이 상의 커서의 속도로 변환된다. 조이스틱을 기울임에 의해서, 사용자는 커서를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있게 된다. 이동의 속도는 기움 각에 의존한다. 이동을 정지시키기 위해, 사용자는 조이스틱을 놓아서 정지 위치로 돌아가게 하면 된다.

본 발명에 따른 검출 회로(1)에 대한 도 3에 상면도로 도시된 디텍터 레이아웃은 단지 예시들일 뿐이며, 도 3a에서의 사각형들과 도 3b의 얇은 스트립들 그리고 디텍터들의 수는 도 3c 및 3d에서 4개 이상일 수 있다. 도 3c에서, 소스의 4개의 면들을 따라서 정렬하는 다수의 작은 디텍터들이 있다. 광 스팟에 의해서 커버되는 디텍터들의 수를 카운팅함에 의해서, (X 및 Y) 시그널들이 얻어질 수 있다. 이 도 3c는 도 4에서 더 상세하게 도시된다. 도 3d에서, 기재는 작은 디텍터들의 어레이에 의해서 둘러싸인 소스(S)를 포함한다. 조이스틱의 기움에 상응하는 광 스팟의 형태와 위치는, 광 스팟에 의해서 커버되는 디텍터 소자들을 카운팅하고 찾아냄(locating)으로써 정확하게 결정될 수 있다.

추가로, 도시되지 않으나, 반사기가 상이한 형태들을 가질 수 있다. 반사기는 오목 거울일 수 있다. 미러의 중심점과 소스 사이의 거리는 바람직하게 (f)와 (2f)의 사이이며, 여기서 (f)는 미러의 초점 거리(focal length)이다. 이 경우, 기재 상의 반사된 광 스팟은 플랫 미러의 경우에서 보다 상당히 더 작다. 오목 미러는 바람직하게 도 3d에 도시된 바와 같은 디텍터들의 어레이와 함께 컴비네이션으로 사용된다. 광 스팟의 작은 크기 때문에, 따라서, 조이스틱의 기움에 상응하 는 광 스팟의 위치가 보다 정확하게 정해질 수 있다.

본 발명에 따라서 검출 회로(1)에 대해 상면도로 보다 자세하게 도 4에 도시된 디텍터 레이아웃은, 예를 들어 18 개의 검출 유닛들(101-118)을 포함하는 제 1 디텍터(100)를 포함하며, 예를 들어 8개의 검출 유닛들(201-208)을 포함하는 제 2 디텍터(200)를 포함하며, 예를 들어 18 개의 검출 유닛들(301-318)을 포함하는 제 3 디텍터(300)를 포함한다. (x) 방향으로 왼쪽에서 오른 쪽으로 검출 유닛들(301-309)에 뒤이어 검출 유닛들(205 및 206), 소스(4), 검출 유닛들(207 및 208) 그리고 검출 유닛들(318 내지 310)이 뒤따르게 된다. (y) 방향으로 위에서 아래쪽으로 검출 유닛들(101 내지 109)에 뒤이어 검출 유닛들(201 및 202), 소스(4), 검출 유닛들(203 및 204) 그리고 검출 유닛들(118 내지 110)이 뒤따르게 된다. 추가로 광 스팟(3)이 도시된다.

이에 더해, 위치(P) 대 세기(I)를 개시하는 그래프가 도시된다. 어두운 영역은 (401)로 표시되며, 임계치는 (403)으로 표시되고 밝은 영역은 (402)로 표시된다. 이 예에서, 논리 값 "1"이 어두운 영역에 대해서 생성되며 논리 값 "0"이 밝은 영역에 대해서 생성된다.

본 발명에 따른 검출 회로(1)의 광 다이오드들(120, 130, 140) 및 트랜지스터들(121, 122, 131, 132, 141, 142)은 도 5에 도시된다. 광 다이오드(120, 130, 140)들의 캐쏘드들은 제 1 기준 터미널에 연결되며, 이들의 애노드들은 트랜지스터들(121, 131, 141)의 제 1 주 전극들에 연결된다. 이들 트랜지스터들(121, 131, 141)의 제 2 주 전극들은 트랜지스터들(122, 132, 142)의 제 1 주 전극들에 연결되 며 인버터들(123, 133, 143)의 입력들에 연결된다. 트랜지스터들(121, 131, 141)은 시그널 변화를 디지털화하며 인버터들(123, 133, 143)은 시그널을 더 디지털화 하며 디지털 시그널을 역전시킨다. 트랜지스터들(122, 132, 142)의 제 2 주 전극들은 제 2 기준 터미널에 연결된다. 트랜지스터들(121, 131, 141)의 제어 전극들 서로에 연결된다. 트랜지스터들(122, 132, 142)의 제어 전극들은 서로에 연결된다. 모든 제어 전극들은 바이어싱 목적들과 전류를 한정하고 임계치를 한정하기 위해 추가 회로에 연결될 수 있다.

사실상 검출 유닛들(101-109, 110-118, 301-309, 310-318)의 각 그룹에 대해서, 도 5에 도시된 바와 같은 회로가 있을 수 있다. 검출 유닛들(201-208)에 관해서, 최소 상황에서, 예를 들어 검출 유닛(201 또는 202)인, 하나의 검출 유닛만이 있게 되며, 확장된 상황에서 예를 들어 4개의 검출 유닛들(201, 208, 204, 205 또는 202, 203, 206, 207)이 있을 수 있으며, 최대 상황에서 8 개 또는 그 이상의 검출 유닛들이 있을 수 있다. 검출 유닛들(201-208)의 수와 독립적으로, 각기 유닛은 도 5에 도시된 것과 같은 그 자신의 회로를 가지거나 또는 두 개 또는 그 이상이 도 5 등에 도시된 바와 같이 회로를 함께 가질 수 있다.

검출 유닛들(202, 203, 206, 207)은 예를 들어 누름-선택(Z 방향으로 누름) 동작을 검출하는 데 사용되며, 이후로 Z 광 디텍터들로 불린다. 대안적으로, 예를 들어 모든 검출 유닛들(201-208)은 Z 광 디텍터들일 수 있다. 나머지는 (X) 및 (Y) 검출을 위해 사용되며, 이후로 X/Y 광 디텍터들로 불린다. Z 광 디텍터들은 바람직하게, 조이스틱의 위치와 관계없이, 광 스팟 안에 있다. Z 광 디텍터들의 위치들은, 예를 들어 소스로부터 약간 더 멀게, 및/또는 X/Y 광 디텍터들과 라인 상에 있지 않게, 변경될 수 있다.

검출 회로에서, 각 X/Y 광 디텍터의 시그널은 대응하는 기준 시그널에 비교되며, 이는 한 비트의 디지털 시그널을 야기하게 된다. 예를 들어, X/Y 광 디텍터가 광 스팟 밖에 있을 경우, 도 5에 도시된 회로는 이 광 디텍터에 대해 "1"을 야기하며, 또는 다른 경우, 광 디텍터가 광 스팟 안에 있을 경우, 회로는 "0"을 야기한다. 회로는 실제로 1 비트 ADC(아날로그-디지털 컨버터)이다. 다른 말로, 회로는 임계치 검출이다(도 4의 코너의 삽입그림 참조). 예를 들어 광 스팟의 경계가 광 디텍터를 가로질러 이동할 때, 광 디텍터에 받아진 광 세기는 어두운 값(401)에서 밝은 값(402)으로 증가한다. 이들 두 레벨들의 중간쯤에서, 쓰레스홀드(403)가 정의된다. 이는 광 스팟의 경계가 광 디텍터를 가로질러 절반쯤 이동할 때, 디텍터 상에 수신된 시그널이 "1" (어두움)에서 "0" (밝음)으로 스위치되어야 한다는 것을 의미한다. 이후 단계에서, 디지털 회로는 각 그룹에서 광 스팟에 노출된 광 다이오드들의 수를 카운팅하며, 이는 그 그룹의 시그널을 표시한다. 시그널들(X 및 Y)은 다음으로 그룹(3) 내지 그룹(4)의 시그널들과, 그리고 그룹(1) 내지 그룹(2)의 시그널들을 (디지털적으로), 각기, 뺌에 의해서 계산될 것이다. 이 디지털 검출 방법의 장점은 전자회로들이 더 간단하다는 점이다. 증폭기들 및 ADC들과 같은 어떠한 아날로그 회로들도 요구되지 않는다. 이 시그널들은 바로 각 광 디텍터에서 디지털화된다.

광 다이오드들과 같은 광 디텍터들은 역 바이어스되며 예를 들어 도시되지 않은 전류 미러 회로에 연결된다. 이 전류 미러 회로를 통해, 기준 전류가 정의될 수 있다. 이 기준 전류는 동일한 그룹의 광 다이오드들을 통해 흐르는 동등하며 분리된 전류들을 생성하기 위해 미러된다(mirrored). 광 다이오드(120)의 발광 조건에 의존하여, 중간 점, 예를 들어 트랜지스터들(121 및 122) 사이의 연결이 낮거나 또는 높은 값에 있을 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드가 켜지지 않는 경우, 이 점에서의 전압은 거의 제로이지만, 광 다이오드가 광에 노출될 때, 그 내부 저항은 급격하게 감소하며(광 세기가 지수적으로), 이는 이 점이 신속히 높은 값으로 스위칭하게 만든다. 완전히 디지털화된 시그널을 보장하기 위해, 예를 들어 인버터(123)와 같은 여분 임계치 검출 회로가 추가될 수 있다. 최종적으로 각 인버터의 출력에서, 디지털 시그널이 획득될 수 있으며, 이는 광 다이오드의 발광 조건에 의존한다. 각 그룹에서 광 다이오드들로부터의 출력들은 이후 단계에서 인코더에 공급되어 이를 이진 수로 변환하게 한다. 인코더와 다른 적합한 회로들이 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 검출 회로(1)에 대해서 단면으로 보다 상세하게 도 6에서 도시된 디텍터 레이아웃이, 디텍터들(200 및 300) 그리고 소스(4) 그리고 반사기(5), 그리고 반사기(5)의 이동하지 않은 위치 또는 정지 위치에서의 소스(4)의 이미지(12) 그리고 이동되거나 또는 비-정지 위치(14)에서의 반사기(5) 그리고 이 이동된 위치 또는 비-정지 위치에 대한 소스(4)의 이미지(13) 그리고 광 스팟 디멘전(15)을 개시한다.

예를 들어 도 10에 도시된 것과 같은 디스플레이 상의 특정 아이템을 선택하 기 위해서, 조이스틱이 수직으로 눌려졌을 때, 기재 상에 반사된 광의 스팟의 직경은 변화하지 않으나, 스팟의 광 세기는 증가한다. 최초에 반사기(5)가 정지 위치에 있다. 반사기의 에지들에서 반사된 광 빔들은 기재 상의 반사된 광 스팟의 경계를 한정한다. 이 현상은 또한 다음의 동등한 방식으로 고려될 수 있다: (반사기에 대해 소스에 대칭인) 광 소스의 이미지(12)가 반사기(5)의 장소의 가상의 구멍을 통해 광 원뿔로 빛난다. 이 경우 원뿔의 입체각은 (α0) 이다. 소스의 고정된 발광 파워의 조건에서, 기재 상의 광 세기는 α0/A 에 비례하며, 여기서 A는 반사된 광 스팟의 넓이이다.

이제 조이스틱이 수직으로 눌려지면(클릭 동작), 반사기는 이전 보다 기재에 더 근접한 위치(14)로 이동하도록 된다. 간단한 반사 규칙을 적용하여, 반사된 광 스팟의 크기가 커지지 않으며, 동일하게 남아있는 것을 알 수 있다. 그러나, 소스의 이미지(13)가 이제 반사기에 더 근접하게 된다는 점 때문에, 광 원뿔의 입체 각(α0)은 이제 α0 보다 더 크다. 따라서, 기재에 의해서 받아진 광 세기(A에 변화가 없는 ~α1/A) 또한 증가된다. 하나 또는 그 이상의 (Z) 광 디텍터들이(예를 들어 4개) 이 변화를 감지하며, 간단한 임계치 검출 회로와 함께, 스틱의 수직 위치에 대응하는, 디지털 시그널이 생성된다. 원리상, 오직 하나의 (Z) 광 디텍터가 필요하다. 그러나, 스틱의 대칭적 이동을 보장하기 위해, 하나 이상의 (Z) 광 디텍터(예를 들어 2-4개)가 바람직 할 것이다. (Z) 광 디텍터들은 (X/Y) 광 디텍터들과 동일한 열들로 배열될 수 있으며, 또는 이들은, 바람직하게 이들이, 스틱의 위치에 상관없이, 광 스팟 내부에 있는 경우, 다른 곳에 위치될 수 있다.

도 7은 단면으로 본 발명에 따른 제 1 집적 검출 회로(1)를 도시한다. 광 소스(503)는 기재(506) 상에 증착되고 패턴된 유기 발광 다이오드(OLED)이며, 이는, 저 온도 폴리-실리콘(LTPS) 테크닉에 기반한, 박막 트랜지스터들(TFTs)(501), 광 다이오드들(502) 등과 같은 전자 디바이스들을 포함한다. TFT들 또는 LTPS 광 다이오드들은, 차폐되지 않을 경우, 광에 민감하며, 따라서, 광 디텍터들로서 사용될 수 있다. 한편, LTPS에 기반한 전자 회로들은 디바이스를 제어하고 디바이스를 위한 시그널 프로세싱을 수행하는데 사용될 수 있으며, 이는 디바이스가 완전히 일체화되게 만들어 준다. LTPS 및 OLED 테크놀러지들은 액티브-매트릭스 OLED 디스플레이를 제조하기 위해 근래 하나의 공통 기재에 결합되어 왔다. 따라서, 광학적 포인팅 디바이스를 위한 이 테크닉의 사용은 테크놀러지 재사용, 고도의 집적화 및 저 비용의 관점에서 이점이다. OLED의 파장은 LTPS-기반 광 디텍터들의 감도 범위를 만족시키도록 선택될 수 있다. 절연 층들이 (500)으로 표시되며, 투명 상부 전극은 (507)로 표시되고, 바닥 전극은 (504)로 표시되고, 게이트 산화물은 (505)로 표시된다.

도 8은 단면으로 본 발명에 따른 제 2 집적 검출 회로(1)를 도시한다. Si 광 다이오드들(602)(광 디텍터들로서 사용된)과 CMOS 회로들(601)이 단 결정 Si 기재(603) 상에 집적될 수 있다. Si 웨이퍼가(back-end-of-line 프로세스 이후) 완성된 후, 웨이퍼는 OLED 구조가 Si 웨이퍼 상에 증착되고 패턴되는 OLED 패브(fab)로 전달된다. 웨이퍼는 다음으로 예를 들어 광학 포인팅 디바이스로 사용을 위한 분리된 다이들로 절단된다. 투명 상부 전극은 (607)로 표시되고, 바닥 전극은 (605)로 표시되며, OLED는 (604)로 표시되며, Si 다이들의 상호 연결은 (600)으로 표시되며 절연층은 (606)으로 표시된다.

도 9는 단면으로 본 발명에 따른 제 3 집적 검출 회로(1)를 도시한다. Si 광 다이오드들(702)(광 디텍터들로서 사용된)과 CMOS 회로들(701)이 Si 기재(703) 상에 집적될 수 있다. Si 웨이퍼가 (back-end-of-the-line 프로세스 이후) 완성된 후, 무기(inorganic) LED 다이들(704)이 Si 웨이퍼 상부 상에 (pick-and-place 프로세스 및 접착으로) 장착된다. 웨이퍼는 다음으로 예를 들어 광학 포인팅 디바이스로 사용을 위한 분리된 다이들로 절단된다. 본드 와이어(bond wire)는 (707)로 표시되며, 바닥 전극은 (705)로 표시되며, Si 다이의 상호 연결은 (700)으로 표시된다.

열 소스가 적외 광을 방출하므로, 열 소스는 적외 광 소스로도 사용될 수 있다. 열 소스는 예를 들어 저항 히터에 의해서 (금속 저항 또는 폴리 저항을 사용하여) Si 기재 상에 용이하게 생성될 수 있다. 대안적으로, 가시광 또는 적외 광이, 예를 들어 P-N 정션이 역-바이어스되고 애벌랜싱(avalanching) 조건들 하에 있을 때, 실리콘 P-N 정션들의 광 방출을 사용하여, 또는 CMOS 트랜지스터들의 소위 "래치-업(latch-up)" 현상을 사용하여 Si 상에 생성될 수 있다. 래치-업은 열과 적외 방출을 생성하는 루프로 너무 많은 전류가 트랜지스터 쌍의 (a couple of transistors) 내부에서 흐를 때, IC들에서의 원치 않는 현상이다. 래치-업은 칩의 부적절한 디자인 또는 결함 때문에 일어난다. 그러나 이 경우, 래치-업은 의도적으로 생성된다. Si 광 다이오드들은 적외 파장에 민감하며 따라서 열 소스로부터 오는 적외 광을 검출하는데 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 디바이스(20)를 도시한다. 디바이스는 디스플레이(21)와 조이스틱과 같은 이동 가능한 물체(2)를 포함한다. 조이스틱은 예를 들어 검출 회로(1)와, 디스플레이 기판(24)의 부분을 형성하는, 집적 전자기기 영역들(23) 사이의 소스(4)를 포함하는 디스플레이 영역의 조이스틱 영역(22) 상에 장착된다. 광학 조이스틱은 액티브-매트릭스 OLED 디스플레이 테크놀러지에 기반을 둔다. 구성은 OLED 광 소스 그리고 공통 기재 위에 제조된 TFT들에 기반한 다수의 광 디텍터들, 그리고, 기재 위에 매달린, 반사기를 가진 조이스틱으로 구성된다. 이 구성은 휴대폰, 피.디.에이.들 그리고 다른 핸드헬드 디바이스들과 같은 디바이스들에서 디스플레이 상의 메뉴를 통해 조종하는 데 사용될 수 있다. 검출 회로(1)는 어떠한 종류의 디텍터 레이아웃일 수 있으며, 예를 들어 도3에 도시된 레이아웃들 중 하나 또는 이들의 컴비네이션일 수 있고, 추가 레이아웃들도 배제되지 않는다.

디바이스는 예를 들어 OLED들을 포함하는 큰 기재로부터 절단된 광 다이들(photonic dies), 광 디텍터들, 그리고 OLED 디스플레이 테크놀러지를 사용하여 제조된 집적된 전자기기들을 포함한다. 추가로, 조이스틱은 OLED 디스플레이 기재 상에 일체화될 수 있으며, 디스플레이의 추가 기능으로서, 디스플레이와 함께 판매될 수 있다. 예를 들어 휴대폰에서의 OLED 디스플레이에서, 디스플레이 영역을 둘러싼 약간의 마진들이 디스플레이의 구동 회로들과 같은 온-보드 전자기기, 연결 패드들 등을 위해 사용될 수 있으며, 광학 조이스틱을 위한 적어도 일부 컴포넌트 들이, 다른 전자 회로들 사이에서, 디스플레이 영역의 마진에 일체화 될 수 있다. 조이스틱의 전자회로들은 또한 디스플레이의 주변 지역에 일체화 될 수 있다. 도 10의 오른 편은, 예를 들어, 휴대폰에서의 합체된 디스플레이-조이스틱을 도시한다. 조이스틱의 몸체와 그 서스펜션 메커니즘은 디스플레이 기재 상에 만들어 질 수 있거나(도 10, 아래 왼쪽 참조) 또는 폰의 상부 커버의 부분일 수 있다.

핸드헬드 디바이스들의 경우, 검출 구성(10)의 디멘전들이 매우 중요하며, 이는 예를 들어 휴대폰에서 가용 공간이 많지 않기 때문이다. 특히 검출 구성의 높이는 가능한 한 작아야한다. 도 1에서 검출 구성의 높이는 서스펜션(8)의 높이에 의해서 거의 결정된다. 도 11은 검출 구성(10)의 매우 이점 적인 대안적 실시모드를 개략적으로 도시하며, 여기서 놉(knob) 형태의 이동 가능한 물체(2) 내부의 공간이 서스펜션(8')을 수용하기 위해 사용된다. 이 방안은 높이를 상당히 줄일 수 있다. 서스펜션(8')은 패키지(6)로부터 돌출한다. 패키지 내부에 수용되는 대신, 이제 서스펜션은 놉(2) 내부에 놓이게 된다. 놉 내부의 빈 공간은 (조이스틱과 같은) 이동 가능한 물체(2)가 접촉 없이 기울고 클릭할 수 있게 허용하도록 충분히 커야한다. 이 대안적 실시모드는 도 11에 도시된 바와 같이 두께가 1mm에서 심지어 0.8mm 까지 패키지(6)를 얇게 하는 것을 허용한다. 패키지의 실제 두께는 내부의 컴포넌트들의 높이에 의해서 보다는 패키지의 요구되는 기계적 강도에 의해서 결정된다. 패키지 기재(25)의 보통의 두께는 약 0.2mm이며 디바이스 기재(1)의 두께는 약 0.2mm이다. 또 다른 장점은 놉의 상대적으로 큰 부피가 서스펜션(8')을 수용하기 위해 사용될 수 있기 때문에, 서스펜션 디자인은 그 디멘전들에 있어서 보다 완화될 수 있다는 것이다.

도 12는 도 11의 대안적인 검출 구성을 가진 디바이스(20)를 도시한다. 디바이스(20)는 여기서 휴대폰이다. 땜납 볼들(solder balls)(9)을 가진 패키지(6)는 인쇄된 회로 보드(PCB)(21)에 연결된다. PCB(22) 상의 다른 이웃 IC들이 휴대폰에 다른 기능들을 제공하기 위해 있을 수 있다. 놉(2)은 휴대폰의 하우징(23) 내에 내장된다. 대안적 검출 구성은 또한 노트북들의 마우스 포인터로서, 또는 휴대폰, 피.디.에이.들, 휴대용 게임 디바이스들, 리모컨 및 다른 핸드헬드 디바이스들의 디스플레이 상의 포인팅 디바이스로서 응용될 수 있다.

위에 언급된 실시모드들은 발명을 제한하기 보다는 설명을 하는 것이며, 당업자는 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않으며 많은 대안적 실시모드들을 디자인 할 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 청구항 들에서, 괄호 안에 위치된 참조 번호들은 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동사 "포함하다" 및 이의 문법적 변형들의 사용은 청구항에서 언급된 것들과 다른 요소들과 단계들의 존재를 제외하지 않는다. 요소의 단수 표현은 이러한 요소들의 다수의 존재를 제외하지 않는다. 본 발명은 여러 개의 구별되는 요소들을 포함하는 하드웨어를 이용하여, 그리고 적절하게 프로그램된 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있다. 여러 개의 수단들을 나열하는 디바이스 청구항에서, 여러 개의 이들 수단들은 하드웨어의 하나의 동일한 아이템으로 실현될 수 있다. 특정 방법들이 서로 다른 종속 청구항들에서 상술된다는 점은 이들 수단들의 컴비네이션이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

본 발명은 이동 가능한 물체의 이동들을 검출하기 위한 검출 회로에 관련한 것이며, 또한 검출 구성, 디바이스 그리고 방법에 관련한 것으로서, 이러한 이동 가능한 물체의 예들은 조이스틱들과 다기능 키들(keys)이며, 이러한 디바이스의 예들은, 휴대폰, 퍼스널 컴퓨터, 피.디.에이. 및 원격 제어기와 같은 소비자 제품들 및 비-소비자 제품들을 포함하는 것으로서 산업상 이용 가능하다.

Claims (13)

1. 이동 가능한 물체(2)의 이동들을 검출하기 위한 검출 회로(1)에 있어서,

   - 검출 회로(1)의 평면에서 제 1 방향으로 이동 가능한 물체(2)의 제 1 이동을 검출하기 위한 제 1 디텍터로서, 상기 제 1 디텍터(100)는 제 1 검출 유닛(101)의 위치에서 광 스팟(3)의 유무를 검출하기 위한 제 1 검출 유닛(101)을 포함하며, 광 스팟(3)의 위치는 상기 제 1 이동에 의존하는, 제 1 디텍터와,

   - 검출 회로(1)의 평면에 수직인 제 2 방향으로 이동 가능한 물체(2)의 제 2 이동을 검출하기 위한 제 2 디텍터(200)로서, 광 스팟(3)의 세기는 상기 제 2 이동에 의존하며, 상기 제 2 디텍터(200)는 제 2 검출 유닛(201)의 위치에서 광 스팟(3)의 제 1 세기 또는 제 2 세기를 검출하기 위한 제 2 검출 유닛(201)을 포함하며, 제 1 및 제 2 세기들은 0이 아닌 상이한 세기들인, 제 2 디텍터를 포함하는,

   검출 회로.
2. 제 1항에 있어서,

   - 검출 회로(1)의 평면에서 제 3 방향으로 이동 가능한 물체(2)의 제 3 이동을 검출하기 위한 제 3 디텍터(300)로서, 상기 제 3 디텍터(300)는 제 3 검출 유닛(301)의 위치에서 광 스팟(3)의 유무를 검출하기 위한 제 3 검출 유닛(301)을 더 포함하며, 광 스팟(3)의 위치는 상기 제 3 이동에 의존하며, 제 1 및 제 3 방향들은 비-평행 방향들인, 제 3 디텍터를 더 포함하는,

   검출 회로.
3. 제 2 항에 있어서,

   제 1 디텍터(100)는 제 1 검출 유닛들(102-118)을 더 포함하고, 제 3 디텍터는 제 3 검출 유닛들(302-318)을 더 포함하고, 제 1 검출 유닛들(101-118)은 제 1 방향에 평행하게 정렬되고, 제 3 검출 유닛들(301-318)은 제 3 방향에 평행하게 정렬되는,

   검출 회로.
4. 제 2항에 있어서,

   제 2 디텍터(200)는 이동 가능한 물체의 위치와 독립적으로 광 스팟(3) 내에 전체가 위치되며, 그리고 제 1 및 제 3 디텍터들(100, 300)은 이동 가능한 물체의 위치에 의존하여 광 스팟(3) 내에 부분적으로 위치되는, 검출 회로.
5. 제 1항에 있어서,

   광 시그널을 생성하기 위한 소스(4)를 더 포함하며, 이동 가능한 물체(2)는 광 시그널을 검출 회로(1)로 반사시키기 위한 반사기(5)를 포함하며, 광 스팟(3)은 반사된 광 시그널로부터 초래되는, 검출 회로.
6. 제 1항에 있어서,

   제 1 검출 유닛(101)은 제 1 광 요소 시그널을 생성하기 위한 제 1 광 요소(120)를 포함하며, 상기 제 1 광 요소(120)는 제 1 광 요소 시그널을 디지털화하기 위한 제 1 트랜지스터(121)에 연결되고, 제 2 검출 유닛(201)은 제 2 광 요소 시그널을 생성하기 위한 제 2 광 요소를 포함하며, 상기 제 2 광 요소는 제 2 광 요소 시그널을 디지털화 하기 위해서 제 2 트랜지스터에 연결되는, 검출 회로.
7. 제 1항에 있어서,

   검출 회로(1)는 박막 폴리 실리콘 테크닉 그리고 단 결정 실리콘 기재 테크닉 그리고 발광 다이오드 테크닉 그리고 유기 발광 다이오드 테크닉 중 적어도 하나의 테크닉을 기반으로 한 집적 검출 회로인, 검출 회로.
8. 제 1항에 정의된 검출 회로(1)를 포함하는 검출 장치(arrangement)(10)로서,

   이동 가능한 물체(2)를 더 포함하는, 검출 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   검출 장치(10)는 다이어프램없는 장치인, 검출 장치.
10. 제 8항에 있어서,

    검출 회로(1)의 평면에서 제 1 방향으로의 이동 가능한 물체(2)의 제 1 이동이 이동 가능한 물체(2)가 기울어짐으로부터 결과하며, 검출 회로(1)의 평면에 수 직인 제 2 방향으로의 이동 가능한 물체(2)의 제 2 이동이 이동 가능한 물체(2)가 눌러짐에 의해서 결과하는, 검출 장치.
11. 제 1항에 정의된 검출 회로(1)를 포함하는 디바이스(20)에 있어서,

    이동 가능한 물체(2)를 포함하는 인간-기계-인터페이스(man-machine-interface) 더 포함하는, 디바이스.
12. 제 11 항에 있어서, 인간-기계-인터페이스가 디스플레이(21)를 포함하며, 상기 디스플레이(21)는 검출 회로(1)를 포함하는 일체화 디스플레이인, 디바이스.
13. 검출 회로(1)를 통해 이동 가능한 물체(2)의 이동들을 검출하기 위한 방법으로서,

    - 제 1 디텍터(100)를 통해, 검출 회로(1)의 평면에서 제 1 방향으로 이동 가능한 물체(2)의 제 1 이동을 검출하는 제 1 단계로서, 상기 제 1 단계는 제 1 검출 유닛(101)의 위치에서 제 1 검출 유닛(101)을 통해 광 스팟(3)의 유무를 검출하는 제 1 서브-단계를 포함하며, 광 스팟(3)의 위치는 상기 제 1 이동에 의존하는, 제 1 단계와,

    - 제 2 디텍터(200)를 통해, 검출 회로(1)의 평면에 수직인 제 2 방향으로 이동 가능한 물체(2)의 제 2 이동을 검출하는 제 2 단계로서, 광 스팟(3)의 세기가 상기 제 2 이동에 의존하며, 상기 제 2 단계는 제 2 검출 유닛(201)의 위치에서 제 2 검출 유닛(201)을 통해 광 스팟(3)의 제 1 세기 또는 제 2 세기를 검출 하는 제 2 서브-단계를 포함하며, 제 1 및 제 2 세기는 0 이 아닌 상이한 세기인, 제 2 단계를 포함하는,

    검출 회로(1)를 통해 이동 가능한 물체(2)의 이동들을 검출하기 위한 방법.

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